球狀閃電究竟是什麼？中國科學家提出新見解

　　

　　Storm Wolf / Flickr

　　只要條件合適，我們周圍大氣中會出現小型球狀發光體。這些難以理解的發光體在夜間猶為顯眼，它們無疑會在人們心目中產生極強的神秘感。局部大氣的發光現象有多種叫法，比如所謂的鬼火，以及球狀閃電。它們有的懸停在墓地上空，有的在河畔逡巡，有的是地震徵兆，有的出現在飛機上。即使是今天，我們也不是很清楚它們的成因和原理。但科學家並沒有放棄對它們進行研究。最近，中國科學家武慧春在英國《科學通訊》雜誌上對這一現象作了一番讓人信服的新解。

　　我們見到的部分火球其實是生物有機體的產物。在沼澤、濕地，甚至大型墓地中，有機物的腐敗會產生甲烷和含磷氣體——如磷化氫，這些物質在接觸到大氣中的氧後會發生自燃，在半空中形成忽明忽暗的光點。部分火球是放電造成的。地震發生時，受到應力作用的岩石會向地表釋放出電流，電流在與空氣發生作用后，便會出現閃光。而有一些球狀發光現象出現在大氣中，它們通常發生在雷雨時，因此得名「球狀閃電」。

　　球狀閃電色彩各異，大小也都不一樣——小的像彈珠，大的像健身球。它們有的出現在封閉的空間中，有的會沿著煙囪進入室內，有的會直接穿過關閉的窗戶。除了發光，球狀閃電還會濺出火花，產生吱吱聲，散發難聞的臭氣。它們持續的時間通常只有幾秒，亮度和家用燈泡差不多。難以預測的特性，和各種各樣的成因，導致人們無法對其作出一個結論性解釋。但是與之相關的各種離奇故事已經流傳了幾個世紀。

　　

　　大火球：1901年一幅描繪球狀閃電的版畫。維基共享資源

　　1963年春，天文學家Roger Jennison乘坐的夜航班正在穿越一團雷雨雲，飛機被閃電擊中，隨後他就目睹了一個火球的出現。這個火球如籃球般大，它「從駕駛艙出現，並順著過道一閃而過，」他說，「它的高度一直沒變，因此整個過程都能夠被看到。」英國的一位女子，也曾和媒體說，她在家中時，「在沒有任何預兆的情況下，一個柚子般大、邊緣並不是很清晰的橙紅色火球，從前窗飄了進來，它竟能穿過關閉的窗戶和百葉窗，在齊肩高的位置上水平飄移了大約10秒鐘，隨後頭頂便響起了一聲炸雷。」

　　球狀閃電這種能夠穿窗入室，且能出現在飛機內的特性，註定了對它觀測是一件非常困難的事。對球狀閃電成因的解釋，甚至比其本身的物理特性更為繁多。有人說它是一團熾熱的硅粒子云，有人說它是一個自然生成的核聚變反應堆，有人說它只不過是一種幻覺，有人說它是一個迷你黑洞，有人說它是一堆高分子聚合物，還有人說它是一個等離子微波泡。

　　假如這個泡被弄破，那麼微波便會泄漏，整個球體就會炸裂。

　　中國杭州浙江大學的科學家武慧春，把注意力放在了微波泡上。大部分專註於這個方向的科研人員認為，這些微波泡是從雷雨雲或大氣激波釋放出的微波輻射中形成的，但武教授認為這些微波，是閃電產生時，被加速到近光速的電子束擊中地面時產生的。在強大電場的作用下，被加速的電子會形成一個電子通道，從雲端逐步向地面移動，形成我們通常認為的閃電。「閃電前端一旦擊中地面，」武教授說，「就會產生一個相對論電子束，激發出強烈的微波輻射。」

　　通過在周圍空氣里積蓄電荷，大氣微波能夠製造出等離子體。輻射則會在等離子體內部產生足夠的向外壓力，使之形成一個泡，這個泡就是我們所見的球狀閃電。球狀閃電內部是被困在其中的微波，它們在繼續製造等離子體，進而維持了球狀閃電短暫的存在周期。被困在泡中的輻射一旦消散，球狀閃電就會消失。假如這個泡被弄破，那麼微波便會泄漏，整個球體就會炸裂。

　　微波等離子泡說能夠解釋球狀閃電的許多特點。比如微波能夠穿越玻璃，因此窗戶無法阻止球狀閃電進入室內；微波能夠產生人耳可以聽見的雜訊；等離子體也能把大氣中的氧轉化成味道難聞的臭氧等氣體。

　　武教授理論的出眾之處在於，它能夠解釋飛機上的球狀閃電。電子和原子相比更為微小，它在飛機外部被閃電加速后，能夠穿透飛機的金屬外殼，進入機內的電子隨後便會釋放出微波，進而產生球狀閃電。電子-微波-等離子體這樣的形成過程，能夠解釋球狀閃電的尺寸之謎，被閃電加速后的電子束長度，通常能夠產生直徑約20-50厘米的微波泡。

　　按照科學中的慣例，武教授的理論要得以確立，還需要做更多的工作。這一理論是基於粒子模擬提出的，因此需要實驗進行驗證。包括需要對雷擊產生球狀閃電的方式進行驗證，以及尋找高速電子和微波的存在。

　　假如這個理論成立，武教授說，那麼它對研究雷雨產生的高能電子和微波輻射，會對靠近這些區域的人身造成什麼樣的威脅具有重要意義。